package com.datastructure.graph;

import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.LinkedList;
//图:展示多对多关系的数据结构
public class Graph {
    private ArrayList<String> vertexList;//存储顶点集合
    private int[][] edges; // 存储图对应的邻结矩阵
    private int numOfEdges; // 表示边的数目
    // 定义一个数组boolean[], 记录某个结点是否被访问
    private boolean[] isVisited;

    public static void main(String[] args) {
        // 测试一把图是否创建OK
        int n = 5; // 结点的个数
        String Vertexs[] = {"A", "B", "C", "D", "E"};
        // 创建图对象
        Graph graph = new Graph(n);
        // 循环地添加顶点
        for(String vertex: Vertexs){
            graph.insertVertex(vertex);
        }

        // 添加边
        // A-B A-C B-C B-D B-E
        graph.insertEdge(0, 1, 1); // A-B
        graph.insertEdge(0, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 2, 1);
        graph.insertEdge(1, 3, 1);
        graph.insertEdge(1, 4, 1);

        // 显示临接矩阵
        graph.showGraph();

        // 测试,我们的dfs遍历是否OK
        System.out.println("深度遍历");
        graph.dfs(); // A->B->C->D->E

        System.out.println("广度优先!");
        graph.bfs(); // A->B->C->D->E
    }

    // 构造器

    public Graph(int n) {
        // 初始化矩阵和vertexList
        edges = new int[n][n];
        vertexList = new ArrayList<>();
        numOfEdges = 0;
        isVisited = new boolean[5];
    }

    // 得到第一个邻接结点的下标w
    /**
     * @param index
     * @return 如果存在就返回对应的下标，否则就返回-1
     */
    public int getFirstNeighbor(int index){
        for(int j = 0; j < vertexList.size(); j++){
            if(edges[index][j] > 0){
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }

    // 根据前一个邻接结点的下标来获取下一个邻接结点
    public int getNextNeighbor(int v1, int v2){
        for(int j = v2 + 1; j < vertexList.size(); j++){
            if(edges[v1][j] > 0){
                return j;
            }
        }
        return -1;
    }

    // 深度优先遍历算法,大致满足先左后右，即纵向遍历
    private void dfs(boolean[] isVisited, int i){
        // 首先我们访问该结点(也就是获得顶点的值)，输出
        System.out.print(getValueByIndex(i) + "->");
        // 将结点设置为已经访问
        isVisited[i] = true;
        // 查找结点i第一个邻接结点w
        int w = getFirstNeighbor(i);
        while(w != -1){ // 说明有
            // 如果w未被访问，对w进行深度有限遍历递归(其实就是把w当作另外一个i，重新起一行)
            if(!isVisited[w]){
                dfs(isVisited,w);
            }
            // 如果w结点已经被访问过,再去该行的下一个结点。
            w = getNextNeighbor(i,w);
        }
    }

    // 对深度优先算法dfs 进行一个重载，遍历我们所有的结点，并进行dfs
    public void dfs(){
        isVisited = new boolean[vertexList.size()];
        // 遍历所有的结点，进行dfs[回溯]
        for(int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++){
            if(!isVisited[i]){
                dfs(isVisited, i);
            }
        }
    }

    // 对一个结点进行广度优先遍历的方法
    // 大致满足一层一层的遍历，即横向遍历，它需要使用一个队列以保持访问过的结点的顺序，以便按这个顺序来访问这些结点的邻接结点
    private void bfs(boolean[] isVisited, int i){
        int u ; // 表示队列的头结点对应下标
        int w ; // 邻接结点
        // 队列，记录结点访问的顺序
        LinkedList queue = new LinkedList();
        // 访问结点，输出结点信息
        System.out.println(getValueByIndex(i) + "=>");
        // 标记为已访问
        isVisited[i] = true;
        // 将结点加入队列
        queue.addLast(i);

        while (!queue.isEmpty()) {
            // 取出队列的头结点下标
            u = (Integer)queue.removeFirst();
            // 得到第一个邻接结点的下标w
            w = getFirstNeighbor(u);
            while (w!=-1){ // 找到
                // 是否访问过
                if(!isVisited[w]){
                    System.out.print(getValueByIndex(w) + "=>");
                    // 标记已经访问
                    isVisited[w] = true;
                    // 入队
                    queue.addLast(w);
                }
                // 以u为前驱结点，找w后面的下一个邻结点，其实也就是矩阵中的第u行的第w+1个元素
                w = getNextNeighbor(u,w); // 体现出我们的广度优先
            }
        }
    }

    // 遍历所有的结点，都进行广度优先搜索
    public void bfs(){
        isVisited = new boolean[vertexList.size()];
        for(int i = 0; i < getNumOfVertex(); i++){
           if(!isVisited[i]){
               bfs(isVisited,i);
           }
        }
    }

    // 图中常用的方法
    // 插入结点
    public void insertVertex(String vertex){
        vertexList.add(vertex);
    }

    // 返回结点的个数
    public int getNumOfVertex(){
        return vertexList.size();
    }

    // 得到边的数目
    public int getNumOfEdges(){
        return numOfEdges;
    }

    // 显示图对应的矩阵
    public void showGraph() {
        for(int[] link : edges){
            System.out.println(Arrays.toString(link));
        }
    }

    // 返回结点i(下标)对应的数据0->"A" 1->"B" 2->"C"
    public String getValueByIndex(int i){
        return vertexList.get(i);
    }

    // 返回v1和v2的权值
    public int getWeight(int v1, int v2){
        return edges[v1][v2];
    }

    // 添加边
    /**
     *
     * @param v1 表示点的下标即是第几个顶点
     * @param v2 第二个顶点对应的下标
     * @param weight 权重值
     */
    public void insertEdge(int v1, int v2, int weight){
        edges[v1][v2] = weight;
        edges[v2][v1] = weight;
        numOfEdges++;
    }
}
